氢气存储仓库雷电防护设计

第一章  概 述

雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。落雷后在雷击中心1.5-2Km半径的范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象（自然）灾害，它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。

一般而言，雷电灾害具有突发性、多样性、复杂性、破坏性和选择性等特点。随着现代化高新技术产品基础---电子技术的迅速发展和广泛运用，雷电灾害跟踪而至，还呈现出新的特点：受灾面大大扩展，特别容易侵入与高新技术最密切的领域，损失和危害程度大大增加。近年来，国内工业氢气制取方法主要有： 水电解制氢、含氢气体为原料的变压吸附法提取氢气、甲醇蒸汽转化制氢以及各种副产氢气的回收利用等。各种制氢方法因工作原理、工艺流程、单体设备的不同，各具特色和不同的优势。鉴于氢气是可燃气体，且着火、爆炸范围宽，下限低，氢气站的安全生产和存储的雷电防护十分重要。

在雷电灾害防御方面，纵观人类防雷历史，已有两个多世纪，从建筑物防雷发展到供电防雷、电气和电子设备防雷，现在已进入第四个阶段即现代微电子设备防雷。防雷技术和产品，也随着现代高新技术发展得到显著发展，除传统的避雷针引雷拦截技术外，已拥有消散消减、屏蔽隔离、抑制分流、疏导均衡等电位、优化接地泄放和雷电控测定位预警等技术，并相应研制出多种高科技的隔离装置、电涌保护器、高效防腐降阻剂等设备、器件和产品，出现了火箭与激光等人工影响雷电的装置和雷电探测预警系统设备，这都为有效防御治理雷电灾害奠定了技术和物质基础。

工业化和科技的进步使得各种高层建筑和特殊用途建筑如雨后春笋般的拔地而起，这也为雷电防护提出了大量新的问题。“静电抵抗”、“电磁干扰”、“热岛效应”等等的问题都有待进一步去研究和结局。近十多年来围绕这些问题人们进行了不懈的努力，提出了许多新的防雷理论，研制出一大批新的防雷器件、设备和材料，开发出许多全新的雷电防护技术。我国于1994年颁布了新的《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994，该规范参考了大量国际标准，对原有的规范做了大量的修改，无论从指导思想、技术要求还是技术措施上讲都处在国际领先地位，这也标志着我们国家对雷害的重视。

第二章 雷电的防护原理

① 直击雷

一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器（避雷针、避雷带、避雷网、避雷线引下线）构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。按照滚球法计算被保护物应在接闪器的保护范围内，接地冲击电阻不大于10Ω。

② 感应雷

感应雷击防护应主要从线路防护考虑。机房电源进线处应加装电源避雷器，机房信号进线处应加装信号避雷器。计算机场地的安全保护接地应不大于4Ω，交流工作接地应不大于4Ω。直流工作接地如果设备有特殊要求，按设备的特殊要求接地，无特殊要求则参照交流工作接地的要求，应不大于4Ω。

机房用电是由配电房集中供电实现的，既：由总配电房内配电柜分动力、空调、照明等多条供电线路分别供至楼内用电系统。因此，对网络数据及语音、安全防范等系统设备供电线路防感应雷保护也要整体考虑。

本方案制定的目的是考虑实际环境因素和用户实际需要而做出一套比较完整而易于操作的防雷设计及安装技术的防雷方案，从而达到建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故。

第三章 防雷的主要措施

根据GB-50057-2000《建筑物防雷设计规范》的规定，根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，中科院光机所使用的办公楼和氢气仓库建筑物划归为一类或二类防雷建筑物，不足二类的亦按二类防雷建筑设计。目前对雷电进行防护的措施主要包括以下几种方法：

3-1：直击雷防护措施

屋面宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）和避雷针或由这两种混合组成的接闪器。避雷网（带）应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部分敷设，网格间距二类不大于10m×10m或12m×8m，三类不大于20m×20m或24m×16m,对于平屋面的建筑物，当其宽度不大于20m时，可仅沿周边敷设一圈避雷带。

3-2：引下线

每栋建筑物的引下线不应小于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m或25m。当利用建筑物四周的钢筋或柱子作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线平均间距不应大于18m或25m。

3-3：接地

宜采用建筑物全部或绝大多数柱子基础的钢筋作为接地体。如条件不允许或自然接地体达不到要求时，可架设引下线外敷独立接地，接地电阻值不应大于10Ω。

3-4：防雷电感应措施

低压线路宜采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入。采用埋地引入时，其埋地长度应大于15m。当架空线直接引入时，在入户处应加装电源保护器，并将其与绝缘子铁脚、金具连在一起接到接地装置上。电源处应加装相应的电涌保护器，信号线和电话线在拉入室内时也应加装相应的电涌保护器。引下线应和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置，以达到等电位效果。

第四章 设计依据

1、设计依据

《建筑物防雷设计规范》（2000版） GB50057-94

《电子计算机机房设计规范》 GB50174-93

《雷电电磁脉冲的防护》 IEC 6I312

《过电压保护器》 IEC 61643

《SPD 通讯网络防雷器》 IEC 61644

《低压配电设计规范》 GB 50054-95

《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》 GBJ 64-83

《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》 GB 50169-92

《建筑物防雷》 IEC 61024

《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》 GB/T50311-2000

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2004

2、方案设计原则

本方案根据氢气存储库房所处的地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律等的基础上，因地制宜的采取防雷措施，防止和减少雷击所发生的设备损坏和人身财产损失，以安全可靠、技术先进、经济合理为原则，设计本方案，以达到对氢气存储库房的直击雷防护。

3、现场情况

经现场勘察该氢气站位于西安市*******，为该所实验室提供氢气。该氢气站为钢结构彩钢瓦房屋。屋内所放氢气为易燃易爆气体，且四周无任何防雷保护措施。为了防止雷击建筑物所发生的设备损坏、人员伤亡。需对此氢气站做防雷击保护措施。氢气站高约3.5M、长约3M、宽约2.5M。根据GB 50057-2010的规定该氢气站划分为第二类防雷建筑物。

第五章 防雷方案设计

5．1直击雷防护

5.1.1 接闪器

直击雷的防护采取避雷针、避雷带相结合的形式，即在屋面四周、女儿墙及屋脊等易受雷击部位设置避雷带，避雷带材料采用￠10热镀锌圆钢，避雷带的支撑高度为0.15m，支撑间距为1m，拐角处悬空段为0.3m，拐角处不得设置支撑卡子。避雷带必须形成闭合回路。避雷带过变形缝处应作补偿处理。避雷带之间的焊接采用双面焊接，焊接长度大于圆钢直径的6倍，焊接处应做防腐处理。当女儿墙较宽时，避雷带应沿女儿墙外侧敷设，距外边沿不大于0.1m。所有突出屋面的金属物体、金属装置应与避雷带进行连接。突出屋面的非金属物体设避雷短针保护。所有避雷短针应与避雷带连接。

常规避雷针是传统的可靠地接闪装置，其缺点是保护面积小，对大面积的保护耗资较大。经计算有效高度为6m的普通避雷针只能保护半径为20m左右的区域。本次防雷方案采用提前放电避雷针YBT-03Z可保护半径大于69m的区域。

5.1.2 引下线

对于改建项目，沿建筑外墙明敷，材料用25mmｘ4mm热镀锌扁钢。引下线沿建筑四周均匀设置，第二类防雷建筑每隔不大于18m设一引下线，第三类防雷建筑每隔不大于25m设一引下线。引下线支撑高度为0.1m，固定间距为2m。每根引下线在离地面1.8m高度处设断接卡，地面下0.3m到地面上1.7m之间采用改性塑料管保护，引下线与避雷带、接地线采用双面焊接，焊接长度大于圆钢直径的6倍。

5.1.3 接地装置

对于改建项目，采用A型接地装置，即在每根引下处设置一组接地体。每根引下线出的冲击接地电阻不大于10Ω。否则应增设接地体。接地线与接地体、接地体之间的连接采用三面焊接，焊接长度为扁钢宽度的2倍。

对于新建项目，应充分利用桩、承台、地梁内的钢筋作为自然接地体。对桩基，每桩利用外围结构主筋中对角两根住进作为垂直接地体，各防雷引下线处的桩基均应被利用工作为垂直接地体，利用承台、底梁的不少于两根主筋纵横焊接通形成水平接地网，接地网网格平均尺寸不大于20mｘ20m或24mｘ16m当基础地梁内无钢筋可利用时，应利用40ｘ4镀锌扁钢在基础内敷设成接地网。水平接地体与垂直接地体应可靠焊接。在接地装置主要阳角处应靠近引下线设置接地电阻测试端子，距地高度不宜低于300mm，规格为40ｘ4热镀锌扁钢或L50ｘ50ｘ5镀锌角钢，并设明显标志。

5.2 室外树木防雷

若建筑物外存在高于建筑的树木，若树木不再建筑物防雷装置保护范围之内，雷击发生时，雷电流有可能最先与树木接触，当雷电流顺着树木下引时，若感应到建筑内的钢筋、电源线、信号线等良导体时，有可能冲破墙壁“傍”上新的导体，若此时人体距离这些金属物很近，则很有可能被反击；当雷电流顺着树木下引时，也可能直接感应到人体，雷电流有可能冲破墙壁“傍”上人体，通过人体入地，造成严重后果。

根据GB-50057-94（2000版）的有关要求，当室外树木高于建筑物且不再接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距不应小于5m。但受具体情况限制，不能满足安全距离的要求时，应对这些树木采取措施。从经济、方便的角度提出如下措施：

1）      绿化时应考虑选择低矮种类的树木；

2）      为确保安全，，建议树顶应至少低于周围建筑1m，当不满足要求时，应定期裁剪树冠，使高度保持低于周围建筑1m；

3）      为高大树木采取避雷针保护，并沿树干设引下线，并设接地装置，接地电阻应不大于10Ω。在接地装置上方地面采取绝缘等保护措施，并设立警示标志；